2023年4月11日,我校草业学院研究团队于国际农林科学1区TOP期刊Agricultural Water Management(IF2022=6.700)在线发表了的文章,研究依托山西农业大学草业学院、山西右玉黄土高原草地生态系统国家定位观测研究站、草地生态保护与乡土草种质创新山西省重点实验室,在晋北农牧交错带粮草轮作模式气候适应性研究取得进展。
文章结合右玉站2020年建立的多年粮草轮作试验田与农业系统模型(Agricultural Production System sIMulater),探究了典型北方农牧交错带多种粮草轮作/粮食生产模式的作物产量与水分生产力对不同时间区间气候因素变化的响应。模型对田间试验模拟的结果显示该模型可较好的模拟研究区多种作物的生长发育与产量形成过程,并能描述土壤水分变化的动态过程(表1)。通过典型年及气候变化情景模拟发现,各模式的玉米生产均对干旱、湿润年型中播种-出苗期(5月)和营养生长期(6-7月)的水分条件极为敏感,而出苗-初花期的水分供给是马铃薯与饲草作物高产的关键期。平水年型中粮食作物的产量并不会因为生产模式的变动而明显变化,但于干旱年型有显著降低的风险(图1);利用当地条件,于6-8月分批灌溉可最大限度缓解气候变化对该地区作物生产的负面影响。我校草业学院青年教师杨轩为第一作者和通讯作者,草业学院硕士研究生贾鹏飞、侯青青和朱敏参与了论文的部分工作。
表1 2020-2021田间试验实测值与模型模拟值间的验证指标
Data |
Calibration (2020) |
Validation (2021) |
RMSE |
NRMSE/% |
d |
RMSE |
NRMSE/% |
d |
Maize grain yield |
418 kg ha-1 |
4.09 |
0.2049 |
627 kg ha-1 |
11.15 |
0.3773 |
Maize biomass |
1946 kg ha-1 |
10.93 |
0.9854 |
2261 kg ha-1 |
11.96 |
0.9106 |
Potato tuber yield |
1222 kg ha-1 |
9.95 |
0.5537 |
324 kg ha-1 |
3.74 |
0.9182 |
Potato biomass |
323 kg ha-1 |
5.97 |
0.9986 |
584 kg ha-1 |
15.84 |
0.9877 |
Forage oats biomass |
470 kg ha-1 |
4.40 |
0.9987 |
2289 kg ha-1 |
15.27 |
0.9354 |
Feed soybean biomass |
404 kg ha-1 |
11.56 |
0.9815 |
451 kg ha-1 |
9.72 |
0.9757 |
Soil water storage (0-120 cm) |
7.6 mm |
5.19 |
0.9075 |
8.3 mm |
7.11 |
0.6770 |
Soil water storage (0-20 cm) |
4.8 mm |
28.64 |
0.7147 |
4.9 mm |
29.98 |
0.5249 |
Soil water storage (20-120 cm) |
7.3 mm |
5.65 |
0.8690 |
11.0 mm |
9.08 |
0.6806 |
图1 不同作物模式、典型气候情景及互作情景对作物产量的影响
在北方农牧交错带土地退化和全球变化的背景下,探索作物模式对气候因素的响应及资源高效利用机制可协助合理规划水分管理,制定该地区农牧业的气候适应策略,同时对规避全球气候变化风险、实现区域可持续发展战略具有重要的理论和实践意义。
Yang X#*, Jia PF, Hou QQ, Zhu M. 2023. Quantitative sensitivity of crop productivity and water productivity to precipitation during growth periods in the Agro-Pastoral Ecotone of Shanxi Province, China, based on APSIM. Agricultural Water Management, 283, 108309.
论文连接:https://doi.org/10.1016/j.agwat.2023.108309